一種計算鋼芯鋁絞線架空絕緣電纜緊壓導體模具的方法

李 坤， 程桂賢， 徐振鐸， 儲 強

(1.江蘇恒峰線纜有限公司，江蘇宜興214205;2.浙江師范大學數(shù)理與信息工程學院，浙江 金華321004;3.江蘇長峰電纜有限公司，江蘇宜興214252)

0 引言

鋼芯鋁絞線架空絕緣電纜已經(jīng)面世很久了，由于具有良好的機械性能和導電性能，在城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)線路的改造中需求量日益劇增。在其加工工藝中，最讓人頭痛的問題就是緊壓模具的計算及選取，論述鋼芯鋁絞線架空絕緣電纜產(chǎn)品的加工工藝的文獻已有不少，但是確切提出模具大小的計算及選用的文獻并不多，并且文獻中提出的計算方法與實際生產(chǎn)有較大的出入。如文獻［1］中提出的×d(式中，D為緊壓導體的輪廓外徑;n為導線根數(shù)(包括鋼芯);η為填充系數(shù);d為鋁單絲直徑)，該計算方法經(jīng)實踐檢驗發(fā)現(xiàn)與實際生產(chǎn)情況相差較大，其它文獻中提出的計算方法也與實際生產(chǎn)情況有較大的誤差。本文通過對文獻的研究，并結(jié)合生產(chǎn)實際，找出了誤差產(chǎn)生的原因，并以此為基礎(chǔ)提出了一種與實際生產(chǎn)誤差較小的計算該類型產(chǎn)品導體模具大小的方法。

1 計算公式的推導

由圓形導體的填充系數(shù)η的定義知，圓形導體的真實截面S真等于圓形導體直徑輪廓的面積S輪乘以填充系數(shù)η，即:

將圓面積公式帶入式(1)得到:

式中，D輪為導體的輪廓直徑。

將式(3)帶入式(2)，得:

式中，d為鋁單絲直徑;n為鋁絲根數(shù)，μ為延伸系數(shù)。

式(4)為緊壓圓形導體輪廓直徑(即模具)的計算公式，由于鋼芯鋁絞線架空絕緣電纜的導體也為緊壓圓形，所以可將式(4)套用于鋼芯鋁絞線架空絕緣電纜緊壓導體的輪廓外徑(即模具)的計算。因為鋼芯在導體絞合過程中保持圓形輪廓，故在計算時將整個鋼芯看做為一個大直徑的鋁單絲，這樣即可得到鋼芯鋁絞線架空絕緣電纜導體模具的計算公式:

式中，d1為鋼絞線(鋼絲)外徑。

2 誤差的分析及μ、η參數(shù)的選取和驗證

2.1 誤差分析及μ、η參數(shù)的選取

我公司在加工鋁導體時均采用納米級金剛石涂層的模具(以下簡稱“納米?！?，納米模具由于表面涂有一層金剛石而其又是自然界中最硬的物質(zhì)，使得在導體絞合緊壓過程中鋁線材延伸性能大大提高，而且線材表面光潔度高。基于此，在模具計算時延伸系數(shù)μ和填充系數(shù)η經(jīng)驗數(shù)值分別取1.07和0.89，但在加工出導體后發(fā)現(xiàn)導體實測截面與理論設(shè)計截面相差較大，經(jīng)取樣分析發(fā)現(xiàn)以下問題:

(1)當鋼芯為1根單絲時，發(fā)現(xiàn)鋁絲的變形量過大，超過常規(guī)的“緊壓量”，導體實測截面比理論設(shè)計截面偏小，說明μ取1.07偏大。

(2)當鋼芯為多根單絲絞合成型時，發(fā)現(xiàn)接觸鋼芯的內(nèi)層鋁絲變形，和純銅、純鋁緊壓導體中單絲變形不同，是接觸鋼芯面的鋁絲因受壓而嵌入鋼芯外層的間隙，非接觸面則是規(guī)則的平面，導體實測截面比理論設(shè)計截面偏大，說明實際延伸系數(shù)小于假設(shè)的1.07。由于在緊壓過程中，鋁絲會嵌入鋼絞線外層的縫隙中，且要增大延伸系數(shù)，為此采用減小鋁單絲直徑的方法來“變相”地增加導體整體的延伸系數(shù)，同時在模具計算時的延伸系數(shù)不變，這樣通過減小鋁單絲直徑和“加大緊壓量”來抵消因鋁絲嵌入鋼絞線外層縫隙而造成的導體實測截面偏大。

通過以上的分析，結(jié)合實際經(jīng)驗將μ、η的取值調(diào)整為:(1)當鋼芯為一根單絲時，μ取1.04，η取0.84;(2)當鋼芯為多根單絲絞合成型時，計算鋁單絲直徑時μ取1.05，計算緊壓導體模具時μ則取1.07，η 取 0.89。

2.2 生產(chǎn)實際的驗證

例 1:JKLGYJ 35/6，μ 取1.04，η =0.84，計算出的工藝參數(shù)為 6/2.78(鋁絲)+1/2.76(鋼絲)，導體輪廓直徑7.9 mm，導體實測截面為標稱截面的100.1%。

例2:JKLGYJ 70/10，μ 取 1.04，η 取 0.84，計算出的工藝參數(shù)為 6/3.93(鋁絲)+1/3.57(鋼絲)，導體輪廓直徑11.0 mm，導體實測截面為標稱截面的 99.8%。

例3:JKLGYJ 185/25，計算鋁單絲直徑時μ取1.05，計算緊壓導體模具時 μ 取 1.07，η 取 0.89，計算出的工藝參數(shù)為 24/3.21(鋁絲)+7/2.13(鋼絲)，導體輪廓直徑(即模具)內(nèi)層11.8 mm，外層17.4 mm。導體實測截面為標稱截面的99.9%。

通過上述實例證明理論設(shè)計與生產(chǎn)實際相符。

3 結(jié)束語

假設(shè)μ和η的取值，應用本文所介紹的計算方法來計算模具大小和選擇納米模具，其計算結(jié)果和實際生產(chǎn)情況相符。通過一年多時間的跟蹤和驗證，該計算方法適合于GB/T 1179中任一規(guī)格的鋼芯鋁絞線緊壓導體模具的計算。

［1］李德玲，劉 群，劉艷芬，等.35 kV鋼芯鋁絞線交聯(lián)聚乙烯架空電纜的設(shè)計［J］.電線電纜，2001(4):27-28.

［2］韓中洗編.電纜工藝原理［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1990.

［3］王春江等編.電線電纜手冊第1冊(第2版)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2001.